托什干河阿合奇縣段防洪工程設(shè)計方案研究

何蛟

(阿克蘇塔河源勘測設(shè)計院有限公司,新疆 阿克蘇 843000)

1 工程概況

1.1 項目區(qū)概況

阿合奇縣坐落于新疆維吾爾自治區(qū)天山南脈腳下高寒山區(qū)，全境東西總長為198 km，南北總寬為132 km，地理位置在東經(jīng)76°39′～79°02′，北緯40°09′～41°29′之間。該縣北部與吉爾吉斯斯坦接壤，東部與烏什縣相鄰，南、西南分別與巴楚縣、阿圖什市相連，該縣海拔在1 730～5 958 m之間，地形特點為“兩山夾一谷”，境內(nèi)主要是山間河谷地帶，因此，被稱為“九山半水半分田”。

托什干河是一條跨國河流，源于吉爾吉斯斯坦，橫穿阿合奇縣、烏什縣，東注溫宿縣。河流全長512 km，流域總面積為26 582 km2，其中國內(nèi)面積占18 412 km2，流量相對穩(wěn)定。

1.2 防洪設(shè)施現(xiàn)狀及存在的主要問題

托什干河阿合奇縣段的分界點為托什干河大橋，橋上及下游河岸兩旁已修建永久性防洪堤，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20-30年一遇。護(hù)岸建筑物采用順壩布置形式，適量的防洪護(hù)岸順壩能穩(wěn)定河床，防止洪水漫溢，以保證泄洪安全。當(dāng)前托什干河阿合奇縣段防洪工程存在以下幾方面的問題。

1.2.1 防洪工程線長、面廣，投入較大

當(dāng)前，阿合奇縣防洪工程分布不均勻，且河道防范線較長，每年當(dāng)汛期來臨時，極易引發(fā)洪澇災(zāi)害，因此，會在防洪過程中投入大量的人力、物力資源，給當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展造成不利影響。

1.2.2 缺乏完善的防洪管理體制

托什干河河道沿線防洪任務(wù)嚴(yán)峻，為保障堤防安全，經(jīng)常進(jìn)行搶險維修，但同時也會導(dǎo)致現(xiàn)有的防洪設(shè)施雜亂無章，加上人為的破壞，使得河道水流演變頻繁，汛期險情高頻發(fā)生。

1.2.3 河道主流向南推移，加劇右岸防洪形勢

托什干河水流湍急，洪溝發(fā)育，每到夏季暴雨出現(xiàn)頻繁，河流出山口后，自阿克恰勒馬至聯(lián)合渠首一段，長度大約為209 km的范圍內(nèi)，匯入諸多大小洪溝和小河，其中大部分洪溝是因暴雨洪水沖擊形成，呈現(xiàn)出大小不一的洪積錐群。隨著洪積錐不斷向外擴展，迫使河道主流向南推移。建國50年以來，托什干河主流已經(jīng)向南偏移約300 m的距離，年平均南移約6 m。河道主流南移的后果則是加劇了右岸的防洪形勢，導(dǎo)致右岸汛期險情不斷發(fā)生。

2 工程任務(wù)和規(guī)模

2.1 工程任務(wù)

工程建設(shè)地點設(shè)置在阿合奇縣托什干河大橋下游右岸3 km處，計劃修建透水丁壩14座，工程建設(shè)目的是引導(dǎo)河道主流，在經(jīng)過透水丁壩后形成淤積，避免洪水對防洪堤進(jìn)行頂沖掏刷，以提升防洪建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)河道周邊居民及村落的生命財產(chǎn)安全，為阿合奇縣社會經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供有利的先行條件。

2.2 工程規(guī)模

阿合奇縣三期防洪工程的管轄范圍是阿合奇縣城區(qū)以及托什干河大橋右岸耕地、林地。該防洪工程的洪水重現(xiàn)期為30年一遇。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》可知，當(dāng)防洪標(biāo)準(zhǔn)<50年，且≥30年時，堤防工程級別確定為3級，所以本防洪工程級別為3級。

3 工程方案選擇及總體布置

3.1 工程方案選擇

工程的建設(shè)目的是對已建防洪堤鄰水段進(jìn)行除險保護(hù)，經(jīng)過前期考察，整理出以下2個方案：方案一建設(shè)任務(wù)為沿已建壩線鄰水段修建透水丁壩。由于部分防洪堤鄰水段經(jīng)河道主流頂沖后，出現(xiàn)嚴(yán)重滲水坍塌事故，因此，方案一主要是通過修建14座透水丁壩引導(dǎo)河道主流流向，將淤積泥沙集中在透水丁壩后，從而避免已建防洪堤壩受到洪水頂沖，預(yù)防險情的發(fā)生。見圖1。

圖1 鋼筋混凝土井柱樁透水丁壩平面圖

方案二建設(shè)任務(wù)是對已建壩線鄰水段基礎(chǔ)鋪設(shè)塊石鋼筋籠進(jìn)行加固處理。針對當(dāng)前壩線鄰水段基礎(chǔ)問題，鋪設(shè)塊石鋼筋籠，保護(hù)防洪堤大壩安全，總長為900 m。如圖2所示。

圖2 除險加固橫斷面圖

以上2種方案的設(shè)計目的都是為了保護(hù)已建防洪堤鄰水段，防止洪水毀壞阿合奇縣城防洪堤基礎(chǔ)。但相比較而言，方案一中的規(guī)劃設(shè)計便于實施，施工過程中排水也較少，不需要再進(jìn)行壩段基礎(chǔ)的開挖處理，從而不會對原有壩段基礎(chǔ)造成破壞。并且在方案一中引導(dǎo)河道主流方向，使主流泥沙淤積形成在透水丁壩后，避免了洪水對壩體基礎(chǔ)頂沖掏刷，以保障已建壩體的安全穩(wěn)定性能。方案二則是通過鋪設(shè)塊石鋼筋籠的方式，對已建壩段基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，增強了壩體基礎(chǔ)的抗沖刷能力，但無法保證壩體基礎(chǔ)能在長期洪水沖刷的條件下依舊穩(wěn)定運行，后期還需要進(jìn)行定期檢查加固。因此，從經(jīng)濟角度考慮，方案二優(yōu)于方案一，但從安全穩(wěn)定方面來說，推薦使用方案一(表1)。

表1 建筑物方案比選表

3.2 工程總體布置

工程總體布置遵循《堤防工程設(shè)計規(guī)范》中丁壩布置原則，結(jié)合工程治理規(guī)劃、河岸沖刷狀況等因素綜合確定。根據(jù)河岸與整治導(dǎo)線距離，確定工程丁壩長度為50 m。丁壩間距設(shè)置為壩長的1～3倍，位于河口與海濱地區(qū)的丁壩間距可設(shè)置為壩長的3～8倍。本工程丁壩間距設(shè)置為80 m。非淹沒丁壩壩軸線與水流流向的夾角為40°，處于河口與海濱地區(qū)的丁壩，軸線應(yīng)垂直于水流方向。

為保護(hù)已建防洪堤工程免受洪水頂沖掏刷，工程在已建壩前修建透水丁壩，工程位于阿合奇縣托什干河大橋下游河道右岸3 km處，總體布置范圍在已建防洪堤鄰水段800 m以內(nèi)區(qū)域，修建14座透水丁壩，采用鋼筋混凝土井柱樁型式，丁壩井柱樁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直徑80 cm，深18 m，井柱中心線間距為240 cm。透水丁壩井柱上設(shè)置帽梁，帽梁厚40 cm，寬150 cm，長42 m。透水丁壩井柱與井柱之間設(shè)置橫梁，帽梁與第一塊橫梁間距為40 cm，二、三兩塊橫梁間距為30 cm，其余橫梁間距為20 cm。橫梁尺寸長160 cm，寬40 cm，橫梁橫向鋼筋預(yù)埋與井柱中。透水丁壩首根井柱與已建防洪堤基礎(chǔ)距離為1 m，井柱與原防洪堤基礎(chǔ)之間采用包石混凝土填充。

4 施工組織設(shè)計

4.1 施工場地條件

工程施工場地在托什干河河灘內(nèi)，地形開闊，且不受林帶、公路、耕地的限制。施工場地屬于河道的管理與保護(hù)范圍之內(nèi)，不存在占用耕地及移民搬迀的問題。因此，工程管理和保護(hù)范圍內(nèi)50 m均可作為施工場地。

4.2 施工導(dǎo)流

工程施工階段正值枯水期，除了主河槽之外，河床基本無水，因此，在主河槽靠近護(hù)岸處需采用導(dǎo)流施工方案進(jìn)行施工，基礎(chǔ)開挖的砂礫石可堆于河床迎水面，便于后期修筑圍堰，并將圍堰外側(cè)的河床灘地進(jìn)行疏導(dǎo)，形成導(dǎo)洪渠，使主河槽偏移，以保證工程的施工安全，圍堰全長為1.05 km。當(dāng)丁壩基坑開挖出現(xiàn)地下水出露的情況，則需要在基坑底部設(shè)置排水明溝和集水坑，利用潛水泵進(jìn)行定期抽排處理。

工程施工時間正值枯水期，此時河道水量較小，導(dǎo)流時段在9-11月。工程導(dǎo)流圍堰設(shè)計采取梯形斷面，河道內(nèi)圍堰材質(zhì)采用均質(zhì)土石，設(shè)計圍堰長度為1.05 km，通過導(dǎo)流流量計算公式，得出施工期河道水深為0.94 m，圍堰高度為1.50 m，迎水面邊坡系數(shù)和背水面邊坡系數(shù)均為1∶1.50，頂寬為2 m，填筑采用堤防基礎(chǔ)挖方方式。圍堰背水面坡腳沿基坑開挖線應(yīng)設(shè)排水溝，基坑內(nèi)水位應(yīng)降到建基面以下，圍堰填筑材料來源于堤防基礎(chǔ)開挖及堤防挖方的土方。

4.3 施工排水

經(jīng)地質(zhì)勘探，項目區(qū)導(dǎo)流堤沿線，地下水埋深枯水季節(jié)0～3 m。而本工程井柱樁下深較大，平均下深約15 m，地下水太深會影響到工程施工。因此，為保證施工環(huán)境干燥，施工期應(yīng)采取相應(yīng)排水措施，此工程使用基坑排水方式，設(shè)計河道縱坡為1/300～1/100，基坑開挖時，在基礎(chǔ)前設(shè)置一條排水渠，使用水泵抽排水。

工程施工時將在堤防護(hù)岸上游坡腳處，順著護(hù)岸堤軸線挖排水溝(寬度和深度為1.00 m，該部分開挖量已計入坡腳開挖量中)，使地下水自然流至本施工單元(可根據(jù)現(xiàn)場施工條件和施工能力每個丁壩為一個施工單元)在末端設(shè)置集水井，在集水井處采用潛水泵抽排的方式能有效降低基坑內(nèi)地下水位。為防止水流流入基礎(chǔ)工作面，保障工程的順利實施，在排水溝施工單元下游一端布置水泵，水泵數(shù)量為14臺。

5 結(jié)語

通過對工程進(jìn)程經(jīng)濟評價，得出工程經(jīng)濟內(nèi)部收益率EIRR=7.56%，項目的凈貢獻(xiàn)大于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)要求；經(jīng)濟凈現(xiàn)值ENPV=118.90萬元，項目的社會折現(xiàn)率滿足社會盈余的要求；效益/費用=1.07，因此，項目從國民經(jīng)濟評價的角度可以被接受，國民經(jīng)濟評價各項指標(biāo)符合規(guī)范要求，具備經(jīng)濟合理性。同時，項目的實施對改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件、保障居民人身財產(chǎn)安全都具有積極推動作用。今后，在中小河流防洪工程方案設(shè)計前，應(yīng)充分重視前期勘察、測量、資料收集等基礎(chǔ)工作，結(jié)合相關(guān)防洪規(guī)劃及規(guī)章規(guī)范，統(tǒng)籌考慮整體防洪條件，健全防洪體系，以便使工程設(shè)計更具有實用性，提高工程的使用效益。